CN101650552A - 多联式变频空调能力预测控制系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多联式变频空调能力预测控制系统和方法，其中，多联式变频空调能力预测控制方法包括以下步骤：S10)对室内机负荷变化进行检测的步骤；S20)对所述检测的结果进行处理的步骤；S30)将所述处理结果与负荷发生剧烈变化的判定值进行比较的步骤；S40)当步骤S30判定室内机负荷发生剧烈变化时，对室外机能力进行预测控制的步骤，其中将P_run(o)×P_iu(n)/P_iu(0)作为对室外机能力进行预测控制的值，即将要运行的室外机目标能力。采用的本发明的预测控制方式，能力预测比较准确，预测能力输出接近实际需求值，系统稳定运行。

Description

多联式变频空调能力预测控制系统和方法

技术领域

本发明涉及一种多联式变频空调，尤其涉及一种多联式变频空调能力预测控制系统和方法。

背景技术

一般多联式变频空调系统运行时，根据冷媒系统的压力来调节能力输出(压缩机的频率输出)，制冷用低压压力调节室外机的能力，制热用高压压力调节室外机的能力。在室内机负荷不变化或者变化缓慢的时候，这种控制方式是非常稳定的；但是在室内机负荷变化剧烈的时候(比如系统内有多台室内机在较短时间内开/关机)，由于系统压力变化的滞后性，如果这个时候仍然用系统压力来调节室外机的能力输出，将会导致室外机能力调节过于滞后，表现为：

如果是多台室内机开机，则室外机能力输出过小，不能快速达到系统目标压力，导致系统制冷/制热效果偏慢。

如果是多台室内机关机，则室外机能力输出过大，容易导致系统运行不稳定，特别表现在制热上，系统高压压力会很快上升，室外机依靠压力调节来不及降低能力输出，系统高压压力已经到达系统报警限制，导致空调器出现故障停机。

为了避免这一问题的发生，多联式变频空调系统在室内机负荷发生剧烈变化时，必须采取其他的能力调节方式作为压力调节的补充，预测压力的未来变化趋势，实现能力的超前控制，以确保机组运行的稳定性和良好的使用效果。

目前市场上多数多联机产品在检测室内机负荷变化及检测后的应对措施，通常采用如下方式：

室外机在运行过程中一直计算开机室内机的能力需求总和P_iu(Power of indoor unit)，通过一定的公式或表格映射为室外机的能力需求P_req，如果在前后两个时刻的P_req发生了变化ΔP_req＝(P_req2-P_req1)，这个变化量|ΔP_req|超过某一设定值，认为室内机负荷发生了剧烈变化。此时再比较室外机当前运行的能力输出P_run与P_req的差值，如果|ΔP|超过某一设定限值，则认为根据系统压力调节室外机能力不能快速达到目标，室外机用P_req作为目标能力运行。

实践证明，上述检测方式和控制方式可以较好的应对室内机负荷的剧烈变化。但是，该方式存在以下缺陷：

室内机负荷剧烈变化的检测方式：通过检测映射后的能力P_req的变化率来判断，对于小型系统或使用集中控制器同时开关多台室内机的时候是比较准确的，但是用户开/关室内机一般是随机的，假设用户按照一定的时间间隔去开/关室内机，一个时间间隔内ΔP_req变化量不大，但是几个时间间隔内累计的ΔP_req就会很大，在这种情况下上述方式不能检测出，导致室外机的能力仍会出现滞后控制，系统仍有可能运行不稳定。

室内机负荷剧烈变化的控制措施：系统启动阶段室外机一般用室内机的能力需求映射的能力P_req为目标能力运行，启动完毕后用系统冷媒的压力来调节室外机的能力输出，这个调节过程会导致当前运行能力P_run与P_req存在差距，也就是说用P_req不能准确代替P_run。这样在室内机负荷剧烈变化后，室外机用P_req为目标运行，室外机与室内机的能力仍然不匹配，导致系统运行过程中有一个较大的扰动。

发明内容

本发明的目的主要在于提供一种多联式变频空调能力预测控制系统和方法，以在室内机负荷发生剧烈变化时，减小系统运行过程中的扰动。

为达此目的，一方面，本发明的多联式变频空调能力预测控制方法，包括：对室内机负荷变化进行检测的步骤；对检测的结果进行处理的步骤；将处理结果与室内机负荷发生剧烈变化的判定值进行比较的步骤；根据比较的结果对室外机能力进行预测控制的步骤，其中，当判定室内机负荷发生剧烈变化时，根据当前运行的室外机能力随室内机负荷的变化，对将要运行的室外机能力进行预测，并将该预测能力作为将要运行的室外机能力。

其中，可以通过背景技术中提及的判断方式对室内机负荷是否发生剧烈变化进行判断。即在室外机运行过程中一直计算开机室内机的能力需求总和P_iu，并将P_iu映射为室外机的能力需求P_req；计算前后两个时刻的室外机的能力需求的变化量ΔP_req＝(P_req2-P_req1)；将|ΔP_req|与室内机负荷发生剧烈变化的判定值进行比较。当|ΔP_req|大于判定值时，则认为室内机负荷发生了剧烈变化。

优选地，通过本发明中提及的判断方式对室内机负荷是否发生剧烈变化进行判断。即检测一个移动段内不同时刻的室内机能力需求P_iu；之后采用积累的方式计算移动段内某一时刻T的室内机能力需求的变化量ΔP_iu(T)；最后将ΔP_iu(T)与移动段内起始时间的室内机能力需求P_iu的比值与室内机负荷发生剧烈变化的判定值相比较。当该比值大于判定值时，则认为室内机负荷发生了剧烈变化。

另一方面，本发明的多联式变频空调能力预测控制系统包括：检测装置，对室内机负荷变化进行检测；处理装置，对检测结果进行处理；判断装置，将处理结果与负荷发生剧烈变化的判定值进行比较；以及控制装置，当比值大于判定值时，根据当前运行的室外机能力随室内机负荷的变化，对将要运行的室外机能力进行预测，并将预测能力作为将要运行的室外机能力。

使用本发明的能力预测控制方法，室内机负荷剧烈变化后，用P_run(o)×P_iu(n)/P_iu(o)作为室外机的目标运行能力。可以看出，在忽略系统能量损失的情况下，上述公式中P_run(o)是系统通过压力调节得到的能力值，是准确的，P_iu(n)/P_iu(0)是室内机的能力比值，反应了室内机负荷剧烈变化前后的比例，也是准确，这样P_run(n)就是准确的，室外机用该能力作为目标能力运行，不会造成系统的扰动，从而保证了机组运行的稳定性和良好的使用效果。

另外，采用本发明室内机负荷剧烈变化的检测方式：采用累加的方式(修改的加权移动平均方式)，检测一个移动段内不同时间的室内机能力需求P_iu，计算室内机能力需求的变化量ΔP_iu，如果ΔP_iu/P_iu变化率超过一定的比率，则判定室内机负荷发生了剧烈变化。这样就克服了现有方式中的弊端，可以准确的判断室内机的负荷变化程度。

应该指出，以上说明和以下详细说明都是例示性的，旨在对所要求的本发明提供进一步的说明。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点，下面将参照图，对本发明的其它的目的、特征和效果作进一步详细的说明。

附图说明

构成本说明书的一部分、用于进一步理解本发明的结构示意图示出了优选实施例并与说明一起用来说明本发明的原理。图中：

图1示出了根据本发明多联式变频空调能力预测控制的方法的流程图；以及

图2示出了一实施例的一个移动段内不同时间的室内机的能力需求变化；

图3示出了采用现有技术的能力预测控制方法得到的曲线图；

图4示出了采用本发明能力预测控制方法得到的曲线图。

具体实施方式

下面结合流程图对本发明的优选实施例进行详细说明。

如图1所示，根据本发明的多联式变频空调系统能力预测控制的方法，包括以下步骤：S10)对室内机负荷变化进行检测的步骤；S20)对检测的结果进行处理的步骤；S30)将处理结果与负荷发生剧烈变化的判定值进行比较的步骤；S40)根据比较结果对室外机能力进行预测控制的步骤，其中，当判定室内机负荷发生剧烈变化时，将P_run(o)×P_iu(n)/P_iu(0)作为对室外机能力进行预测控制的值，即将要运行的室外机目标能力；其中，P_run(o)为当前运行的室外机能力；P_iu(0)为室内机负荷发生变化前的室内机能力；P_iu(n)为室内机负荷剧烈变化后的室内机能力。当判定室内机负荷为发生剧烈变化时，根据冷媒系统的压力来调节能力输出。

为便于理解和简化描述，假定一套多联式空调系统中连接了60台室内机，每台室内机的匹数是相同的，则其开机后的能力需求也近似相同，室内机的能力需求可以用室内机的开机台数来描述，能力需求的变化可以用室内机的开关机台数来描述。以室内机负荷变化减小为例(多台室内机关机)：

由于室内机关机时，室内机风机、膨胀阀会滞后一段时间关闭(而不是立即关闭)，一般为20秒，则系统压力滞后会大于20秒，取20秒，室外机软件每4秒检测1次室内机的开机台数P_iu。，假设

系统中有50台室内机开机，t1时刻检测到有4台室内机关机，t2时刻检测到有4台室内机关机，t3时刻检测到有12台室内机关机，t4时刻检测到有10台室内机关机，如图1所示的室内机的关机过程，以50台室内机开机为例。

在一移动段内不同时间的室内机需求的能力变化量：

ΔP_iu(t)＝M/N×ΔP_iu(t-1)+ΔP_iu

示例中，取加权系数M/N＝4/5，根据上公式可得：

t1时刻：ΔP_iu(t1)＝4/5×0+(46-50)＝-4.00

t2时刻：ΔP_iu(t2)＝4/5×(-4)+(42-46)＝-7.20

t3时刻：ΔP_iu(t3)＝4/5×(-7.20)+(30-42)＝-17.76

t4时刻：ΔP_iu(t4)＝4/5×(-17.76)+(20-30)＝-24.21

设定当|ΔP_iu/P_iu|≥40％(将预定值设定为40％)时，判定室内机负荷发生剧烈变化，则

t1时刻：|ΔP_iu/P_iu|＝4.00/50＝8％(＜40％)

t2时刻：|ΔP_iu/P_iu|＝7.20/50＝14％(＜40％)

t3时刻：|ΔP_iu/P_iu|＝17.76/50＝35％(＜40％)

t4时刻：|ΔP_iu/P_iu|＝24.21/50＝48％(＞40％)

在t4时刻满足条件，室外机根据室内机负荷剧烈变化系数进行预测控制

P_run(n)＝P_run(o)×P_iu(n)/P_iu(0)

＝P_run(o)×24.21/50＝P_run(o)×48％

预测控制实施后，将P_iu(n)赋给P_iu(0)。其中，

P_run(n)-将要运行的室外机目标能力；

P_run(o)-当前运行的室外机能力；

P_iu(n)-经过判定室内机负荷剧烈变化后的室内机能力；

P_iu(0)-室内机负荷发生变化前的室内机能力。

可以看出，上述公式中P_run(旧)是系统通过压力调节得到的能力值，是准确的，P_iu(n)/P_iu(0)是室内机的能力比值，反应了室内机负荷剧烈变化前后的比例，也是准确，这样P_run(新)就是准确的，室外机用该能力作为目标能力运行，不会造成系统的扰动，从而保证了机组运行的稳定性和良好的使用效果。上述计算方法，忽略了系统的能量损失，实际应用时，可以对此进行进一步修正。

以上，为便于理解和简化描述，假定室内机的匹数是相同的，当室内机的匹数不完全相同时，将上述的关机台数变化替换为室内机的能力需求变化即可。室内机开机时控制方法同上。

根据试验数据，选取合适的检测周期T，加权系数M/N和室内机负荷剧烈变化判定值|ΔP_iu/P_iu|，就可以得到满意的控制效果。本实例中采用的数据为：T＝4秒，M/N＝4/5，|ΔP_iu/P_iu|＝40％。在不同的系统中，衰减系数M/N的值可取0.4-0.9之间。T时刻与T-1时刻的时间间隔取2-10秒。预定值可以取20％-40％。

下面对同一工况下的现有技术的预测控制方法和本发明的预测方法进行对比。

试验工况：高温制冷

室外：干球温度43度，湿球温度26

室内：干球温度32度，湿球温度23

试验设备：多联式室外机3台，共40HP(16HP+14HP+10HP)；室内机23台，共48.1HP。

图3中，L1表示变频压缩机的频率(能力输出)曲线，L2表示被控量低压压力Ps曲线。图4中，L3表示变频压缩机的频率(能力输出)曲线，L2表示被控量低压压力Ps曲线。

如图所示，在23台室内机由全开到关闭16台，剩余7台运转的过程中，现有预测控制方式：能力预测不够准确，能力输出先降低后升高，被控量(低压压力Ps)明显的过调节，系统产生一个较大的扰动。本发明的预测控制方式：能力预测比较准确，预测能力输出接近实际需求值，系统稳定运行。

以上数据，在试验环境、操作方式相同的情况下记录。由上图看见，新的控制方式与现有控制方式，在控制的快速性、准确性、稳定性方面都有明显的提升。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种多联式变频空调能力预测控制的方法，包括以下步骤：

S10)对室内机负荷变化进行检测的步骤；

S20)对所述检测结果进行处理的步骤；

S30)将所述处理结果与负荷发生剧烈变化的判定值进行比较的步骤；以及

S40)根据所述比较结果对室外机能力进行预测控制的步骤，其特征在于，当判定室内机负荷发生剧烈变化时，根据当前运行的室外机能力随室内机负荷的变化，对将要运行的室外机能力进行预测，并将预测能力作为将要运行的室外机能力。

2.根据权利要求1所述的多联式变频空调能力预测控制的方法，其特征在于，

所述预测能力基本等于P_run(o)×P_iu(n)/P_iu(0)，其中

P_run(o)为所述当前运行的室外机能力；

P_iu(0)为室内机负荷发生变化前的室内机能力；

P_iu(n)为室内机负荷发生变化后的室内机能力。

3.根据权利要求2所述的多联式变频空调能力预测控制的方法，其特征在于，

在步骤S10中，检测一个移动段内不同时刻的室内机能力需求P_iu；

在步骤S20中，采用积累的方式计算所述移动段内某一时刻T的室内机能力需求的变化量ΔP_iu(T)；

在步骤S30中，将ΔP_iu(T)与所述移动段内起始时间的室内机能力需求P_iu的比值与室内机负荷发生剧烈变化的判定值相比较。

4.根据权利要求3所述的多联式变频空调能力预测控制的方法，其特征在于，

所述采用积累的方式计算所述移动段内某一时刻T的能力需求变化量ΔP_iu(T)＝M/N×ΔP_iu(T-1)+ΔP_iu，

其中，所述ΔP_iu(T-1)是所述移动段某一时刻T的前一时刻T-1的室内机能力需求变化量；

所述M/N是T-1时刻至T时刻的室内机能力需求变化量的衰减系数；

所述ΔP_iu为T-1时刻至T时刻检测到的室内机能力需求变化量。

5.根据权利要求4所述的多联式变频空调能力预测控制的方法，其特征在于，

所述衰减系数M/N取0.4-0.9。

6.根据权利要求4所述的多联式变频空调能力预测控制的方法，其特征在于，

所述T时刻与T-1时刻之间的间隔取2-10秒。

7.根据权利要求3或4所述的多联式变频空调能力预测控制的方法，其特征在于，

所述室内机负荷发生剧烈变化的判定值取20％-50％。

8.根据权利要求2所述的多联式变频空调能力预测控制的方法，其特征在于，

在步骤S10中，在室外机运行过程中一直计算开机室内机的能力需求总和P_iu，并将P_iu映射为室外机的能力需求P_req；

在步骤S20中，计算前后两个时刻的室外机的能力需求的变化量ΔP_req＝(P_req2-P_req1)；

在步骤S30中，将所述|ΔP_req|与室内机负荷发生剧烈变化的判定值进行比较。

9.根据权利要求2所述的多联式变频空调能力预测控制方法，其特征在于，

当判定室内机负荷未发生剧烈变化时，根据冷媒系统的压力来调节室外机的能力输出。

10.一种多联式变频空调能力预测控制系统，其特征在于，包括检测装置，对室内机负荷变化进行检测；

处理装置，对检测结果进行处理；

判断装置，将所述处理结果与负荷发生剧烈变化的判定值进行比较；以及

控制装置，当判断装置判定室内机负荷发生剧烈变化时，根据当前运行的室外机能力随室内机负荷的变化，对将要运行的室外机能力进行预测，并将预测能力作为将要运行的室外机能力。

11.根据权利要求10所述的多联式变频空调能力预测控制系统，其特征在于，

所述检测装置是对一个移动段内不同时刻的室内机能力需求P_iu进行检测的装置；

所述处理装置是采用积累的方式计算该移动段内某一时刻T的室内机能力需求的变化量ΔP_iu(T)的装置；

所述判断装置是将ΔP_iu(T)与所述移动段内起始时间的室内机能力需求P_iu的比值与室内机负荷发生剧烈变化的判定值相比较的装置。

12.根据权利要求10或11所述的多联式变频空调能力预测控制系统，其特征在于，

所述控制装置将P_run(o)×P_iu(n)/P_iu(0)作为预测能力，其中，

P_run(o)为当前运行的室外机能力；

P_iu(0)为室内机负荷发生变化前的室内机能力；

P_iu(n)为室内机负荷发生变化后的室内机能力。

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